[논문]위해성 평가 기법에 따른 토양 불소 기준안 연구

정승우

doi:10.7857/jsge.2024.29.3.014

[국내논문] 위해성 평가 기법에 따른 토양 불소 기준안 연구
Derivation of Soil Fluorine Standards Based on a Human Health Risk Assessment Method

지하수토양환경 = Journal of soil and groundwater environment, v.29 no.3, 2024년, pp.14 - 22

Abstract ▼ AI-Helper

This study established risk-based fluoride soil contamination standards according to the Korean Soil Contaminant Risk Assessment Guidelines (SRAG). Ten exposure scenarios were evaluated, broadly categorized into Scenario 1, which used the default parameters from the current SRAG, and Scenario 2, which used the latest exposure factors and bio-concentration factors. Fluoride soil standards corresponding to a total hazard index (HI) of 1.0 were determined for each scenario. For children in agricultural areas, the derived risk-based soil fluoride standard was 70 mg/kg for Scenario 1 and 27 mg/kg for Scenario 2. In industrial areas, the risk-based fluoride soil standard was 2200 mg/kg in Scenario 1 and 2300 mg/kg in Scenario 2. This study clearly demonstrated that the crop ingestion exposure pathway exerted predominent influence on the estimated human health risk standards. Additionally, using the Added Risk Approach and considering soil background concentrations, the total fluoride soil standards for residential areas ranged from 232 mg/kg to 444 mg/kg, while the standards for industrial areas ranged from 2405 mg/kg to 2674 mg/kg.

Keyword

표/그림 (7)

표 Table 1. Scenario for the risk assessment of soil containing fluoride
표 Table 1. Continued
그림 Fig. 1. Derivation of risk-based Fluoride soil quality guidelines in Scenario 1 (Fluoride soil concentrations Corresponding to a Hazard Index HI=1.0); Scenario 1 applied the exposure factors from the current Korean soil contaminant risk assessment guidelines.
그림 Fig. 2. Hazard Indices and Hazard Quotients by exposure pathway according to changes in Fluoride soil concentration in Scenario 1-4(Agricultural children).
그림 Fig. 4. Hazard Indices and Hazard Quotients by exposure pathway according to changes in Fluoride soil concentration in Scenario 2-4(Agricultural children).
그림 Fig. 3. Derivation of risk-based Fluoride soil quality guidelines in Scenario 2(Fluoride soil concentrations Corresponding to a Hazard Index HI=1.0); Scenario 2 applied the latest exposure factors and BCF.
그림 Fig. 5. Derivation of Fluoride soil guidelines considering natural background concentration and risk-based concentrations using the Added Risk Approach.

AI 본문요약
AI-Helper

문제 정의

최근 토양조사 결과 불소 기준을 초과하는 사례가 많아지면서 불소 토양 오염 기준치 재설정에 관한 관심이 높아지고 있다. 본 연구는 위해성 평가 기법에 따른 인체 위해도 분석에 따라 합리적 불소 토양 오염 기준치를 도출해 보고자 하였다.
따라서 본 연구에서는 학술적으로 도출된 ‘위해도 기반 불소 토양 기준치’에 각 지역의 배경농도를 고려한 총 불소 토양 기준치(Total F soil quality guideline) 결정 방식을 다음 절에 제안하고자 하였다.
본 연구는 『토양오염물질 위해성 평가 지침』에 제시된 위해성 평가 절차에 따른 ‘위해도 기반 불소 토양 오염 기준치’를 도출해 보았다

가설 설정

, 1997; Merrington and Schoeters, 2011). 단, 이때 합치는 자연 배경농도의 자연 배경 미량원소가 용출되어 인체 및 생물체에 노출되어 위해를 미치지 않는다는 가정이다. 이와 같은 방법을 사용하는 이유는 현재 전세계적으로 토양분석 시 이동성이 없는 자연 배경 함량까지 포함한 전 함량 분석으로 토양 오염 농도를 결정하고 이를 토양 오염 기준과 비교하고 있기 때문이다.

제안 방법

, 일부개정] 『토양오염물질 위해성 평가 지침(Soil Risk Assessment Guidelines, SRAG, 또는 이하 ‘지침’)』에 제시된 절차에 따라 불소 토양의 위해성 평가를 수행하였다(MOE, 2018). 이 지침에 제시된 노출평가, 독성 평가, 위해도 결정 과정에 따라 토양 불소의 비발암 위해도를 산정하였다. 토양 내 불소 농도를 50 mg/kg~4000 mg/kg으로 변화시켜 가면서 토양 섭취, 농작물 섭취, 지하수 섭취, 비산먼지 흡입 등 각 노출경로에 대한 위험비율(Hazard Quotient, HQ)를 산정하고, 각 HQ를 모두 더한 총 비발암 위해도, 위험지수(Hazard Index, HI)를 결정하였다.
이 지침에 제시된 노출평가, 독성 평가, 위해도 결정 과정에 따라 토양 불소의 비발암 위해도를 산정하였다. 토양 내 불소 농도를 50 mg/kg~4000 mg/kg으로 변화시켜 가면서 토양 섭취, 농작물 섭취, 지하수 섭취, 비산먼지 흡입 등 각 노출경로에 대한 위험비율(Hazard Quotient, HQ)를 산정하고, 각 HQ를 모두 더한 총 비발암 위해도, 위험지수(Hazard Index, HI)를 결정하였다.
본 연구는 불소 토양 위해성 평가를 위해 Table 1에 제시한 바와 같이 10개 노출 시나리오를 구축하였다. 세부 시나리오는 크게 3가지로 구분된다.
시나리오 2에 해당하는 2-1부터 2-5는 2019년 최근 발표된『한국인의 노출계수 핸드북』『한국 어린이 노출계수 핸드북』(NIER, 2019a;NIER, 2019b) 노출계수 평가 인자값(체중, 음용수량 농작물 평균 섭취량)을 적용하였다. 『농작물 섭취』경로에서 사용하는 곡류는 성인 기준 0.603 kg/day, 과일류 0.284 kg/day를 적용하였고, 핸드북에 엽채류와 근채류에 대한 세부 구분이 없어 총채소류 0.428 kg/day 중 이전 2007년 지침의 비율을 적용하여 산정한 엽채류 0.283 kg/day, 근채류 0.145 kg/day를 적용하였다. 어린이 기준 최신 농작물 섭취량은 Table 1에 제시하였다.
Table 1에 제시된 10개 시나리오와 토양 내 불소 농도 50 mg/kg~4000 mg/kg 범위 내 토양 섭취, 농작물 섭취, 지하수 섭취, 비산먼지 흡입 등 각 노출경로에 위험비율(Hazard Quotient, HQ)과 위험지수(Hazard Index, HI)를 산정하였고, HI=1.0에 해당하는 불소 토양 농도를 결정하였다.
본 연구에서는 상기 HI=1.0 해당 ‘위해도 기반 불소 토양 기준치’에 Added risk approach 개념을 적용한 ‘총 불소 토양 기준치’를 제시하였다
따라서, 본 연구는 본 연구에서 도출한 ‘위해도 기반 불소 토양 기준치’에 우리나라 불소 배경농도로 보고된 불소 농도 평균치와 95백분위 수치를 각각 더하여 ‘총 불소 토양 기준치’를 제시하였다.
본 연구는 총 불소 토양 기준치 범위를 제시하였다. 사람이 거주하며 생활하는 지역의 불소 토양 기준치 범위는 최저 232~최고 444 mg/kg, 사람이 주간에만 활동하는 산업지역의 불소 토양 기준치 범위는 최저 2405~최고 2674 mg/kg에 이를 수 있는 것으로 나타났다.

대상 데이터

단, 시나리오 1-5(산업/상업용지)는 농작물 섭취 경로를 고려하지 않고 토양 섭취, 지하수 섭취, 비산먼지 흡입 등 3개 경로만 고려하였다. 시나리오 1은 현재 지침에 제시하고 있는 2007년 한국 노출계수 핸드북의 기본 인체 노출계수(체중, 음용수량, 토양섭취량) 및 농작물 평균 섭취량을 그대로 사용하였다.
본 연구는 시나리오 1과 시나리오 2에서 가장 낮은 값을 나타낸 농업지역 어린이 기준값과 농작물 섭취가 없는 산업지역 기준값을 ‘위해도 기반 불소 토양 기준치(Risk-based soil F guideline)’로 선별하였다

이론/모형

29., 일부개정] 『토양오염물질 위해성 평가 지침(Soil Risk Assessment Guidelines, SRAG, 또는 이하 ‘지침’)』에 제시된 절차에 따라 불소 토양의 위해성 평가를 수행하였다(MOE, 2018)
Table 1에서 시나리오 1-1부터 1-5까지 위해성 평가는 현재 ‘지침’에 제시된 독성평가 및 노출평가 기본(Default) 인자값을 적용하였다(MOE, 2018)
『토양오염물질 위해성 평가 지침』의 지하수 농도는 실측하거나 토양 농도로부터 용출농도 예측할 수 있다. 현재 지침의 지하수 농도는 용출농도에 지하수 희석계수(Dilution-attenuation factor, DAF) 1 또는 20을 적용할 수 있으나 보다 보수적 평가를 위해 DAF=1을 적용하였다. 현재 일본의 경우 토양 용출수 불소 농도기준을 지하수 기준 0.
5와 같이 Added risk approach에 의한 총 불소 토양 기준안을 제시하였다. 우리나라 불소 배경농도는 Lim et al.(2018)이 제시한 불소 토양 평균치 204.5 mg/kg와 95백분위수에 해당하는 374.2 mg/kg을 활용하였다. 따라서 Added risk approach에 의한 총 불소 토양 기준치(Total F soil quality guideline)는 시나리오 1에서 농업지역 어린이 275 mg/kg~444 mg/kg, 산업지역 2405~2574 mg/kg, 시나리오 2에서 농업지역 어린이 232 mg/kg~401 mg/kg, 산업지역 2505~2674 mg/kg로 산정되었다.

성능/효과

현재 우리나라 ‘토양오염물질 위해성 평가 지침’에 따라 주거지역 농작물 섭취 비율은 전국 평균 농작물 섭취량의 10%, 농업지역은 50%를 적용하였고, 산업/상업지역은 농작물 섭취가 없는 것으로 가정한 0%가 적용되었다.
세부 시나리오는 크게 3가지로 구분된다. 첫째, 토지용도 별 구분으로 고려된 토지 용도는 주거지, 농업지역, 산업/상업지역이다. 두 번째 시나리오 구분은 농작물 섭취 비율에 따라 구분된다.
, 2021; Jeong and An, 2014). 본 연구에서 제안한 불소의 농작물 BCF는 곡류(옥수수, 밀, 벼, 녹두, 보리)=0.0156, 엽채류(과채류 포함, 양배추, 상추, 오이, 시금치, 콩, 겨자, 고추)= 0.1022, 근채류(당근, 감자, 무)=0.1993, 과일(토마토)=0.0684였다. 최근 보고된 불소의 BCF 값은 현재 ‘지침’에 제시된 과거 불소 BCF 값보다 큰 수치이다.
본 연구는 10개 시나리오의 HI=1.0에 해당하는 위해도 기반 10개 불소 토양농도 중 최종 제시한 ‘위해도 기반 불소 토양 기준치’는 어린이를 기준 한 시나리오의 불소농도였다.
1은 시나리오 1에 따라 얻어진 5개 ‘위해도 기반 불소 토양 기준’ 결과이다. 비발암 위해도 기준 HI=1.0에 해당하는 시나리오 1-1 일반 주거지역 어른 대상 불소 토양 농도는 530 mg/kg, 시나리오 1-2 농업지역 어른 대상 불소 토양 농도는 350 mg/kg, 시나리오 1-3 일반 주거지역 어린이 기준 불소 토양 농도는 90 mg/kg, 시나리오 1-4 농업지역 어린이는 70 mg/kg, 산업지역은 2200 mg/kg으로 얻어졌다.
일반 주거지역에 비해 농업지역 불소 토양 기준치가 낮게 도출되었고, 어른보다 어린이 기준 불소 토양 기준치가 낮게 도출되었다. 농업지역 불소 토양 기준치가 낮게 도출된 것은 현재 위해성 평가 지침의 농업지역 수용체의 농작물 섭취 비율이 전국 농작물 섭취 평균량의 50%를 적용하고 주거지역은 10%만을 적용하고 있기 때문이다.
농업지역 불소 토양 기준치가 낮게 도출된 것은 현재 위해성 평가 지침의 농업지역 수용체의 농작물 섭취 비율이 전국 농작물 섭취 평균량의 50%를 적용하고 주거지역은 10%만을 적용하고 있기 때문이다. 상대적으로 많은 토양과 농작물을 섭취하게 되는 농업지역의 위해도가 높게 나타나므로 더욱 낮은 불소 토양 기준치가 도출되었다. 그리고, 어른과 비교하면 어린이의 불소 토양 기준치가 낮게 도출된 것은 ‘지침’의 어린이 체중이 16.
3은 시나리오 2에 따라 얻어진 5개 ‘위해도 기반 불소 토양 기준’ 결과이다. 비발암 위해도 기준 HI=1.0에 해당하는 시나리오 2-1 주거지역 어른 대상 불소 토양 농도는 380 mg/kg, 시나리오 2-2 농업지역 어른 대상 불소 토양 농도는 150 mg/kg, 시나리오 2-3 주거지역 어린이 기준 불소 토양 농도는 65 mg/kg, 시나리오 2-4 농업지역 어린이는 27 mg/kg, 산업지역은 2300 mg/kg으로 얻어졌다.
시나리오 2에서도 주거지역에 비해 농업지역 불소 토양 기준치가 낮게 도출되었고, 어른보다 어린이 기준 불소 토양 기준치가 낮게 도출되었다. 이는 앞서 언급한 바와 같이 농업지역 농작물 섭취 비율이 일반 거주지역에 비해 5배 높게 적용되기 때문이며 어린이가 상대적 노출에 취약함을 반영한 것이다.
2 mg/kg을 활용하였다. 따라서 Added risk approach에 의한 총 불소 토양 기준치(Total F soil quality guideline)는 시나리오 1에서 농업지역 어린이 275 mg/kg~444 mg/kg, 산업지역 2405~2574 mg/kg, 시나리오 2에서 농업지역 어린이 232 mg/kg~401 mg/kg, 산업지역 2505~2674 mg/kg로 산정되었다.
국가의 토양 배경농도 상황을 고려하여 토양 기준치를 재설정하는 ‘Added risk approach’에 따른 총 불소 토양 기준치(Total F soil guideline)는 주거 생활지역의 경우 최저 232 mg/kg~최고 444 mg/kg, 사람이 주간에만 활동하는 산업지역의 경우 최저 2405 mg/kg~최고 2674 mg/kg에 이를 수 있는 것으로 나타났다.
현재 ‘토양오염물질 위해성 평가 지침’ 기본 인자 값을 적용하여 도출한 주거 생활지역의 위해도 기반 토양 불소 기준치(Risk-based F guideline)는 70 mg/kg였으며, 최신 노출계수 및 BCF를 적용하면 위해도 기반 토양 불소 기준치는 27 mg/kg으로 더욱 낮아졌다.
2. 산업지역의 경우 위해도 기반 불소 토양 기준치는 2200 mg/kg, 2300 mg/kg으로 다소 높게 산정되었다. 산업지역은 농작물 섭취 경로를 고려하지 않고 산정된 것이므로 불소 축적 농작물 섭취가 인체 위해도 결정에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다.
산업지역의 경우 위해도 기반 불소 토양 기준치는 2200 mg/kg, 2300 mg/kg으로 다소 높게 산정되었다. 산업지역은 농작물 섭취 경로를 고려하지 않고 산정된 것이므로 불소 축적 농작물 섭취가 인체 위해도 결정에 상당한 영향을 미치는 것으로 나타났다.
본 연구에서 도출한 ‘위해도 기반 불소 토양 기준치’와 ‘총 불소 토양 기준치’와 큰 차이를 보인다
본 연구는 총 불소 토양 기준치 범위를 제시하였다. 사람이 거주하며 생활하는 지역의 불소 토양 기준치 범위는 최저 232~최고 444 mg/kg, 사람이 주간에만 활동하는 산업지역의 불소 토양 기준치 범위는 최저 2405~최고 2674 mg/kg에 이를 수 있는 것으로 나타났다.

후속연구

본 연구에서 산정한 총 불소 토양 기준치는 현재 지침과 문헌값들을 사용하여 학술적으로 산정한 기준이다. 차후 토양 불소 배경농도, 우리나라 토양 및 지하수 환경을 대표할 수 있는 불소 BCF와 DAF 등을 확보하여 더욱 정책 활용에 적합한 불소 토양 기준이 결정되어야 한다.
본 연구에서 산정한 총 불소 토양 기준치는 학술적으로 제안한 기준이다. 차후 우리나라 토양 불소 배경농도를 포괄할 수 있는 대표적 결과가 양산된다면 총 불소 토양 기준치는 변화될 수 있다. 또한 우리나라 토양 및 지하수 환경을 대표할 수 있는 불소 BCF와 DAF 등이 확보된다면 더욱 정책적으로 유용한 불소 토양 기준이 도출될 수 있을 것이다.
차후 우리나라 토양 불소 배경농도를 포괄할 수 있는 대표적 결과가 양산된다면 총 불소 토양 기준치는 변화될 수 있다. 또한 우리나라 토양 및 지하수 환경을 대표할 수 있는 불소 BCF와 DAF 등이 확보된다면 더욱 정책적으로 유용한 불소 토양 기준이 도출될 수 있을 것이다. 국가가 관리하는 토양 오염 기준은 인체 건강 및 생태계 보호를 위해 중요한 역할을 하는 만큼 많은 과학적 연구와 합리적 검증을 통해 결정되어야 한다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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